JP2006292842A - Method for manufacturing color filter, method for manufacturing solid-state image pickup device, and solid-state image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、固体撮像装置に適用されるカラーフィルタの製造方法、カラーフィルタを有する固体撮像装置の製造方法、並びにカラーフィルタを備えた固体撮像装置に関する。 The present invention relates to, for example, a color filter manufacturing method applied to a solid-state imaging device, a solid-state imaging device manufacturing method having a color filter, and a solid-state imaging device including a color filter.
固体撮像装置におけるカラーフィルタアレイを形成する技術として、染料内添ポジ型カラーレジストを用いる場合、固体撮像装置の画素(単位セル)の微細化に伴い、露光および現像処理後におけるカラーフィルタの形状の維持が困難となってきている。現在、固体撮像装置の画素は、2.5μm角以下にまで微細化されている。 As a technique for forming a color filter array in a solid-state image pickup device, when using a dye-added positive color resist, the shape of the color filter after exposure and development processing is reduced with the miniaturization of pixels (unit cells) of the solid-state image pickup device. Maintenance is becoming difficult. Currently, the pixels of the solid-state imaging device are miniaturized to 2.5 μm square or less.
本来、染料色素はレジスト機能としては働かないため、染料色素成分を20〜70%程度含有する染料内添型カラーレジストは、固体撮像装置の画素サイズが、2.5μm角程度までは、レジスト特性と、カラーフィルタ特性を両立できていたものの、それ以下の画素サイズにおいては、その両立が難しくなってきている。 Originally, dye dyes do not function as a resist function. Therefore, dye-added color resists containing about 20 to 70% of dye dye components have resist characteristics until the pixel size of the solid-state imaging device is about 2.5 μm square. In addition, the color filter characteristics can be achieved at the same time, but it is difficult to achieve both at a pixel size smaller than that.
現像処理における膜減り等の発生によるカラーフィルタの形状悪化は、パターンサイズがより縮小されるに伴い、カラーフィルタ分光特性と、レジスト特性の両立が難しくなってきたことを示唆している。これは、膜減り成分中には、染料色素も含まれるので、カラーフィルタの膜減りが発生すると、分光特性に影響を与えるからである。 The deterioration of the shape of the color filter due to the occurrence of film loss or the like in the development processing suggests that it is difficult to achieve both color filter spectral characteristics and resist characteristics as the pattern size is further reduced. This is because the film-reducing component includes a dye pigment, so that when the film of the color filter is reduced, the spectral characteristics are affected.
このように、微細な画素の固体撮像装置においても、良好なカラーフィルタアレイの形成技術の確立が望まれている。カラーフィルタアレイの形成方法としては、特許文献1に記載の技術がある。
Thus, it is desired to establish a good color filter array forming technique even in a solid-state imaging device with fine pixels. As a method for forming a color filter array, there is a technique described in
特許文献1に記載の技術は、補色カラーフィルタの形成に関するものである。特許文献1では、1色目に感光剤を含まないカラーフィルタ材料を用い、フォトレジストをエッチングマスクとしたドライエッチングによりカラーフィルタのパターンを形成する。2色目以降ではカラーレジストを用いて、露光および現像によりカラーフィルタのパターンを形成する。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、2色目、3色目の露光プロセスでのアライメント誤差が、カラーフィルタのパターン位置精度に影響する。このため、特に固体撮像装置の画素サイズが2.5μm角以下の微細画素においては、隣接する画素との混色を引き起こすという問題がある。
However, in the technique described in
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、第1の目的は、カラーフィルタのサイズが縮小しても、精度良くカラーフィルタを形成することができるカラーフィルタの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object thereof is to provide a color filter manufacturing method capable of forming a color filter with high accuracy even when the size of the color filter is reduced. It is in.
本発明の第2の目的は、画素サイズが縮小しても、精度良くカラーフィルタを形成することができ、色再現性に優れた固体撮像装置の製造方法を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a solid-state imaging device that can form a color filter with high accuracy even when the pixel size is reduced and has excellent color reproducibility.
本発明の第3の目的は、微細な画素に対応した良好なカラーフィルタを備え、色再現性に優れた固体撮像装置を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a good color filter corresponding to a fine pixel and having excellent color reproducibility.
上記の目的を達成するため、本発明のカラーフィルタの製造方法は、一色目としてグリーンカラーフィルタ被膜を基板上に形成する工程と、エッチングマスクを用いて前記グリーンカラーフィルタ被膜を選択的にエッチングして、市松状のグリーンカラーフィルタを形成する工程と、前記グリーンカラーフィルタを被覆するように前記基板上に、2色目以降の感光性を有するカラーフィルタ被膜を形成する工程と、前記カラーフィルタ被膜を露光および現像して、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域よりも内側に、2色目以降のカラーフィルタを形成する工程と、2色目以降の前記カラーフィルタをリフローさせて、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域内を前記カラーフィルタで埋める工程とを有する。 In order to achieve the above object, a method for producing a color filter according to the present invention includes a step of forming a green color filter film on a substrate as a first color, and selectively etching the green color filter film using an etching mask. A step of forming a checkered green color filter, a step of forming a color filter film having photosensitivity for the second and subsequent colors on the substrate so as to cover the green color filter, and the color filter film A step of forming a color filter for the second and subsequent colors inside the region surrounded by the green color filter by exposure and development, and reflowing the color filters for the second and subsequent colors to surround the green color filter Filling the inside of the region with the color filter.
上記の本発明のカラーフィルタの製造方法では、まず、エッチングマスクを用いたエッチングにより市松状のグリーンカラーフィルタを形成し、2色目以降のカラーフィルタの形成では、感光性を有するカラーフィルタ被膜を露光および現像してパターニングした後、リフローにより2色目以降のカラーフィルタのパターンを形成する。
2色目以降のカラーフィルタの形成において、露光および現像によりグリーンカラーフィルタにより囲まれる領域の内側にカラーフィルタをパターン形成した後に、リフロー処理を行うことにより、露光のアライメント誤差に影響を受けずに、自己整合的にグリーンカラーフィルタにより囲まれる領域に2色目以降のカラーフィルタが形成される。
In the method for producing a color filter of the present invention, first, a checkered green color filter is formed by etching using an etching mask, and a photosensitive color filter film is exposed in the formation of the second and subsequent color filters. And after developing and patterning, the pattern of the color filter after the 2nd color is formed by reflow.
In the formation of the color filters for the second and subsequent colors, by performing a reflow process after patterning the color filter inside the area surrounded by the green color filter by exposure and development, without being affected by the alignment error of exposure, The second and subsequent color filters are formed in a region surrounded by the green color filter in a self-aligning manner.
上記の本発明の固体撮像装置の製造方法は、画素毎に受光部が形成された基板の上層に、カラーフィルタを有する固体撮像装置の製造方法であって、基板の上層に、一色目としてグリーンカラーフィルタ被膜を形成する工程と、エッチングマスクを用いて前記グリーンカラーフィルタ被膜を選択的にエッチングして、市松状のグリーンカラーフィルタを形成する工程と、前記グリーンカラーフィルタを被覆するように前記基板の上層に、2色目以降の感光性を有するカラーフィルタ被膜を形成する工程と、前記カラーフィルタ被膜を露光および現像して、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域よりも内側に、2色目以降のカラーフィルタを形成する工程と、2色目以降の前記カラーフィルタをリフローさせて、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域内を前記カラーフィルタで埋める工程とを有する。 The above-described method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device having a color filter on an upper layer of a substrate on which a light receiving portion is formed for each pixel. A step of forming a color filter film; a step of selectively etching the green color filter film using an etching mask to form a checkered green color filter; and the substrate so as to cover the green color filter Forming a color filter film having photosensitivity for the second and subsequent colors on the upper layer, exposing and developing the color filter film, and forming the second and subsequent colors on the inner side of the region surrounded by the green color filter A step of forming a color filter, and reflowing the color filters for the second and subsequent colors to form the green color filter. And a step of filling the the area having a data in the color filter.
上記の本発明の固体撮像装置の製造方法では、まず、エッチングマスクを用いたエッチングにより市松状のグリーンカラーフィルタを形成し、2色目以降のカラーフィルタの形成では、感光性を有するカラーフィルタ被膜を露光および現像してパターニングした後、リフローにより2色目以降のカラーフィルタのパターンを形成する。
2色目以降のカラーフィルタの形成において、露光および現像によりグリーンカラーフィルタにより囲まれる領域の内側にカラーフィルタをパターン形成した後に、リフロー処理を行うことにより、露光のアライメント誤差に影響を受けずに、自己整合的にグリーンカラーフィルタにより囲まれる領域に2色目以降のカラーフィルタが形成される。
In the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention, first, a checkered green color filter is formed by etching using an etching mask, and a photosensitive color filter film is formed in the formation of the second and subsequent color filters. After patterning by exposure and development, a pattern of the second and subsequent color filters is formed by reflow.
In the formation of the color filters for the second and subsequent colors, by performing a reflow process after patterning the color filter inside the area surrounded by the green color filter by exposure and development, without being affected by the alignment error of exposure, The second and subsequent color filters are formed in a region surrounded by the green color filter in a self-aligning manner.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に形成され、各画素を構成する受光部と、前記基板の上層に形成され、各画素に対応して配置されたカラーフィルタとを有し、前記カラーフィルタは、市松状に配置され、感光剤を含まないグリーンカラーフィルタと、市松状の前記グリーンカラーフィルタに囲まれた領域に配置され、感光剤を含む2色目以降のカラーフィルタとを有する。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention includes a light-receiving unit formed on a substrate and constituting each pixel, and a color filter formed on an upper layer of the substrate and arranged corresponding to each pixel. And the color filter is arranged in a checkered pattern and includes a green color filter that does not include a photosensitive agent, and a second and subsequent colors that are disposed in a region surrounded by the checkered green color filter and that include the photosensitive agent. And a filter.
上記の本発明の固体撮像装置では、グリーンカラーフィルタは、エッチングマスクを用いたエッチングにより形成されたものであり、感光剤を含まない。また、市松状に配置することで、2色目以降のパターン位置を規定できる。2色目以降のカラーフィルタは、露光および現像によりパターン形成されたものであり、感光剤を含む。 In the above-described solid-state imaging device of the present invention, the green color filter is formed by etching using an etching mask and does not contain a photosensitive agent. Moreover, the pattern position after the 2nd color can be prescribed | regulated by arrange | positioning in a checkered pattern. The second and subsequent color filters are patterned by exposure and development, and contain a photosensitizer.
本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、カラーフィルタのサイズが縮小しても、精度良くカラーフィルタを形成することができる。
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、画素サイズが縮小しても、精度良くカラーフィルタを形成することができ、色再現性に優れた固体撮像装置を製造することができる。
本発明の固体撮像装置によれば、微細な画素に対応した良好なカラーフィルタを備え、色再現性に優れた固体撮像装置を実現することができる。
According to the color filter manufacturing method of the present invention, a color filter can be formed with high accuracy even when the size of the color filter is reduced.
According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, even when the pixel size is reduced, a color filter can be formed with high accuracy, and a solid-state imaging device excellent in color reproducibility can be manufactured.
According to the solid-state imaging device of the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device that includes a good color filter corresponding to a fine pixel and has excellent color reproducibility.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のCCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an interline transfer type CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device will be described. However, there is no particular limitation on the transfer method.
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging apparatus according to the present embodiment.
本実施形態に係る固体撮像装置1は、撮像部2と、水平転送部3と、出力部4とを有する。
The solid-
撮像部2には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部5と、受光部5の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部7と、受光部5と垂直転送部7との間に配置された読み出しゲート部6とを有する。
The
受光部5は、例えばフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光(入射光)をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部6は、受光部5に蓄積された信号電荷を垂直転送部7に読み出す。
The
垂直転送部7は、4相のクロック信号φV1,φV2,φV3,φV4によって駆動され、受光部5から読み出された信号電荷を垂直方向(図中、下方向)に転送する。なお、クロック信号としては、4相に限定されるものではない。
The
水平転送部3は、2相のクロック信号φH1,φH2によって駆動され、垂直転送部7から垂直転送された信号電荷を、水平方向(図中、左方向)に転送する。
The horizontal transfer unit 3 is driven by the two-phase clock signals φH1 and φH2, and transfers the signal charges vertically transferred from the
垂直転送部7および水平転送部3は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。
The
出力部4は、例えば、フローティングディフュージョンにて構成された電荷−電圧変換部4aを有し、水平転送部3により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して、アナログ画像信号として出力する。
The output unit 4 includes, for example, a charge-
図2は、撮像部2における要部平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the main part of the
マトリックス状に配置された受光部5に隣接して、転送方向に伸びる転送チャネル領域13が形成されている。転送チャネル領域13上には、絶縁膜を介在させた状態で、複数の転送電極21,22が転送方向に交互に繰り返し並んでいる。転送チャネル領域13と、転送電極21,22により垂直転送部7が構成される。転送方向に並んだ転送電極21,22は、端部が互いに重なるように配置されている。
A
水平方向における転送電極21,22は、互いに接続されている。転送電極21は1層目のポリシリコン層により形成され、転送電極22は2層目のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、2層構造の転送電極の例について説明するが、単層構造であっても、3層以上の構造であってもよい。
The
転送電極21,22に電圧を印加すると、転送チャネル領域13に電位井戸が形成される。この電位井戸を形成するためのクロック信号φV1,V2,V3,V4が、転送方向に並べられた各転送電極21,22に対して位相をずらして印加されることで、電位井戸の分布が順次変化し、電位井戸内の電荷が転送方向に沿って転送される。
When a voltage is applied to the
図3は、図2の受光部5の配置に対応するカラーフィルタの配置を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the color filters corresponding to the arrangement of the
カラーフィルタ30は、グリーンカラーフィルタ31と、ブルーカラーフィルタ32と、レッドカラーフィルタ33とにより構成されている。本実施形態のカラーフィルタ30は、原色ベイヤー配列のカラーフィルタである。
The
原色ベイヤー配列では、グリーンカラーフィルタ31は、市松状に配置されている。市松状に配置されたグリーンカラーフィルタ31の間の領域(グリーンカラーフィルタ31の非形成領域)に、ブルーカラーフィルタ32およびレッドカラーフィルタ33が配置されている。
In the primary color Bayer array, the
本実施形態では、市松状に配置されたグリーンカラーフィルタ31の間の領域において、特定の全ての列にはブルーカラーフィルタ32が配置され、当該列に隣接する列には、レッドカラーフィルタ33が配置される。これにより、グリーンカラーフィルタ31とブルーカラーフィルタ32が交互に繰り返し並んだ列と、グリーンカラーフィルタ31とレッドカラーフィルタ33が交互に繰り返し並んだ列が形成されている。
In the present embodiment, in a region between the
図4は、グリーンカラーフィルタ31が配置された画素を中心とする要部断面図である。なお、原色ベイヤー配列では、グリーンカラーフィルタ31の左右にはブルーカラーフィルタ32あるいはレッドカラーフィルタ33のみが配置されるが、図4では説明の都合上、グリーンカラーフィルタ31の左右にブルーカラーフィルタ32とレッドカラーフィルタ33が配置されている様子を図解している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part centering on the pixel in which the
例えば、n型のシリコン基板(以下、基板10という)に、p型ウェル11が形成されている。p型ウェル11は、オーバーフローバリアを形成する。
For example, a p-
受光部5は、p型ウェル11に形成されたn型の信号電荷蓄積領域12によって構成される。信号電荷蓄積領域12の表層には図示はしないが暗電流を抑制するためのp+の正孔蓄積領域が形成されている。
The
受光部5には、信号電荷蓄積領域12、p型ウェル11および基板10により、npn構造が作製されている。このnpn構造は、受光部5に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がp型ウェル11により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板10側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。
In the
垂直転送部7は、信号電荷蓄積領域12と所定間隔を隔ててp型ウェル11に形成されたn型の転送チャネル領域13と、転送チャネル領域13上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜20を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極21,22により構成されている。
The
読み出しゲート部6は、信号電荷蓄積領域12と転送チャネル領域13との間のp型ウェル(読み出しゲート領域14)と、読み出しゲート領域14上にゲート絶縁膜20を介して形成された転送電極21,22により構成されている。読み出しゲート領域14は、n型の信号電荷蓄積領域12と転送チャネル領域13との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、転送電極に正の読み出し電圧が印加されて、読み出しゲート領域14の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域12から転送チャネル領域13へと移される。
The read
信号電荷蓄積領域12に対して読み出し側とは反対側には、p型のチャネルストップ領域15が形成されている。チャネルストップ領域15は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。
A p-type
転送電極21上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜23を介して、転送電極21を被覆する遮光膜24が形成されている。遮光膜24には受光部5を露出させる開口部が形成されている。
A
遮光膜24上には、例えばBPSG(Boro Phospho Silicate glass)からなる層間絶縁膜25が形成されている。層間絶縁膜25には、下地の表面段差に起因する凹凸が形成されている。層間絶縁膜25上には、例えば窒化シリコンからなる平坦化膜26が形成されている。平坦化膜26の表面は、平坦化されている。本実施形態では、層間絶縁膜25と平坦化膜26の界面により、層内レンズが形成されている例を示すが、層内レンズが形成されていなくてもよい。
On the
平坦化膜26上には、グリーンカラーフィルタ31と、ブルーカラーフィルタ32と、レッドカラーフィルタ33からなるカラーフィルタ30が形成されている。各カラーフィルタの材料については、後述する。
On the
カラーフィルタ30上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜34が形成されている。平坦化膜34上には、オンチップマイクロレンズ35が形成されている。
On the
上記の固体撮像装置では、入射光は、オンチップマイクロレンズ35により集光されて各カラーフィルタ31,32,33に到達する。所定の波長領域の光のみが各カラーフィルタを通過し、層間絶縁膜25および平坦化膜26の界面により形成される層内レンズによりさらに集光されて、受光部5に入射する。受光部5に入射した光は、入射光量に応じた信号電荷に光電変換されて、信号電荷蓄積領域12に蓄積される。その後、転送チャネル領域13に読み出されて、垂直転送部7により垂直方向に転送される。
In the solid-state imaging device described above, incident light is collected by the on-
次に、上記の固体撮像装置の製造方法について、図5〜図10を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of said solid-state imaging device is demonstrated with reference to FIGS.
まず、図5(a)に示すように、カラーフィルタ30の下層までを形成する。すなわち、イオン注入法により、基板10に、p型ウェル11、信号電荷蓄積領域12、転送チャネル領域13、読み出しゲート領域14、チャネルストップ領域15を形成する。続いて、基板10上にゲート絶縁膜20を形成した後に、転送電極21,22を形成する。なお、転送電極21,22を形成した後に、転送電極をマスクとしたイオン注入により、信号電荷蓄積領域12を形成してもよい。続いて、転送電極21,22上に、絶縁膜23を介して遮光膜24を形成する。続いて、遮光膜24上に、例えばBPSGからなる層間絶縁膜25を形成し、層間絶縁膜25上に、プラズマCVD法により窒化シリコンからなる平坦化膜26を形成する。平坦化膜26を平坦加工することにより、図5(a)に示す構造に至る。
First, as shown in FIG. 5A, the layers up to the lower layer of the
次に、図5(b)に示すように、グリーンカラーフィルタ材料を所定の膜厚だけ塗布して、熱硬化させることにより、グリーンカラーフィルタ被膜31aを形成する。熱処理は、染料色素、樹脂の熱による変質温度以下に設定し、温度範囲としては、150℃〜230℃程度の範囲が好適に使用される。グリーンカラーフィルタ被膜31aを熱硬化させることにより、以降の熱処理においてグリーンカラーフィルタ被膜31aの流動が防止される。
Next, as shown in FIG. 5B, a green
グリーンカラーフィルタ材料の組成としては、例えば、バインダー樹脂、グリーン透過分光を得るための複数の染料色素、熱硬化剤、溶媒などが挙げられる。例えば、バインダー樹脂としてノボラック樹脂を用い、熱硬化剤としてメラミン系硬化剤、尿素系硬化剤、あるいはエポキシ系硬化剤を用い、溶剤として乳酸エチルおよびジメチルホルムアミドを用いる。 Examples of the composition of the green color filter material include a binder resin, a plurality of dye pigments for obtaining green transmission spectrum, a thermosetting agent, and a solvent. For example, a novolak resin is used as the binder resin, a melamine curing agent, a urea curing agent, or an epoxy curing agent is used as the thermosetting agent, and ethyl lactate and dimethylformamide are used as the solvent.
次に、図6(a)に示すように、グリーンカラーフィルタ被膜31a上にフォトレジストを塗布し、リソグラフィ技術によりレジストパターン36を形成する。使用するフォトレジストとしては、例えばTHMR−ip3300(東京応化株式会社製)を用いる。当該工程では、後の有機溶剤によるレジストパターンの溶解除去の際に、溶解性を阻害することのないように、各熱処理(プリベーク、ポストベークなど)温度を120℃以下に設定することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 6A, a photoresist is applied on the green
次に、図6(b)に示すように、レジストパターン36をエッチングマスクとして用いて、グリーンカラーフィルタ被膜31aをドライエッチングすることにより、グリーンカラーフィルタ31のパターンを形成する。グリーンカラーフィルタ31は、市松状にパターン形成される(図3参照)。ドライエッチングには、酸素を主成分にしたガスが好適に使用される。
Next, as shown in FIG. 6B, the pattern of the
次に、図7(a)に示すように、不要となったレジストパターン36を有機溶剤を用いて溶解除去する。有機溶剤としては、EL、EEP、MMP、MAK、PEGMA等の単一溶剤または混合溶剤を用いる。
Next, as shown in FIG. 7A, the unnecessary resist
次に、図7(b)に示すように、グリーンカラーフィルタ31を被覆して全面に、感光性を有する染料内添型ポジ型カラーレジストを塗布する。このときのカラーレジストとしては、レッドカラーレジストでもブルーカラーレジストでも良いが、例えば、ブルーカラーレジストとする。これにより、ブルーカラーフィルタ被膜32aが形成される。ブルーカラーフィルタ被膜32aの膜厚は、後述するリフロー後に所定の透過分光が得られるように調整する。
Next, as shown in FIG. 7B, a
ブルーカラーレジスト材料の組成としては、例えば、バインダー樹脂、ブルー透過分光を得るための複数の染料色素、熱硬化剤、感光剤、溶媒などが挙げられる。例えば、バインダー樹脂としてノボラック樹脂を用い、熱硬化剤としてメラミン系硬化剤、尿素系硬化剤、あるいはエポキシ系硬化剤を用い、感光剤としてナフトキノンジアジドを用い、溶剤として乳酸エチルおよびジメチルホルムアミドを用いる。 Examples of the composition of the blue color resist material include a binder resin, a plurality of dye pigments for obtaining a blue transmission spectrum, a thermosetting agent, a photosensitive agent, and a solvent. For example, a novolak resin is used as the binder resin, a melamine curing agent, a urea curing agent, or an epoxy curing agent is used as the thermosetting agent, naphthoquinone diazide is used as the photosensitizing agent, and ethyl lactate and dimethylformamide are used as the solvent.
次に、図8(a)に示すように、フォトリソグラフィ技術により、ブルーカラーフィルタ被膜32aの露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタ32bのパターンを形成する。現像処理後のブルーカラーフィルタ32bのパターンが、グリーンカラーフィルタ31で囲まれる領域よりも内側にくるように形成する。すなわち、グリーンカラーフィルタ31に対して間隔dを空けてブルーカラーフィルタ32bを形成する。間隔dは、0.05μm〜0.5μmである。
Next, as shown in FIG. 8A, the pattern of the
0.05μm以上としたのは、現在のリソグラフィ技術のアライメント誤差が0.05μm程度であることから、0.05μmよりも小さいとアライメント誤差によりカラーフィルタ同士が重なってしまうからである。0.5μm以下としたのは、後述するカラーレジストのリフロー特性を考慮したものであり、0.5μm以下であれば、リフローにより間隙を良好に埋め込めるからである。 The reason why the thickness is 0.05 μm or more is that since the alignment error of the current lithography technique is about 0.05 μm, if it is smaller than 0.05 μm, the color filters overlap each other due to the alignment error. The reason why the thickness is 0.5 μm or less is that the reflow characteristics of the color resist described later are taken into account, and if it is 0.5 μm or less, the gap can be satisfactorily filled by reflow.
次に、図8(b)に示すように、ブルーカラーフィルタ32bの熱軟化点より高い温度で熱リフロー処理を行う。ブルーカラーフィルタ32bの熱流動により、グリーンカラーフィルタ31で囲まれた領域を埋め込むブルーカラーフィルタ32が形成される。このブルーカラーフィルタの熱による流動は、グリーンカラーフィルタ31との境界でストップする。これにより、最終的なブルーカラーフィルタ32のパターンが自己整合的に形成される。
Next, as shown in FIG. 8B, thermal reflow processing is performed at a temperature higher than the thermal softening point of the
次に、図9(a)に示すように、ブルーカラーフィルタ32の形成と同様に、感光性を有する染料内添型ポジ型カラーレジストを塗布し、露光および現像を行い、熱リフローを行うことにより、グリーンカラーフィルタ31で囲まれた領域に、レッドカラーフィルタ33を形成する。以上により、グリーンカラーフィルタ31、ブルーカラーフィルタ32およびレッドカラーフィルタ33からなるカラーフィルタ30が形成される。
Next, as shown in FIG. 9A, similar to the formation of the
レッドカラーレジスト材料の組成としては、例えば、バインダー樹脂、レッド透過分光を得るための複数の染料色素、熱硬化剤、感光剤、溶媒などが挙げられる。例えば、バインダー樹脂としてノボラック樹脂を用い、熱硬化剤としてメラミン系硬化剤、尿素系硬化剤、あるいはエポキシ系硬化剤を用い、感光剤としてナフトキノンジアジドを用い、溶剤として乳酸エチルおよびジメチルホルムアミドを用いる。 Examples of the composition of the red color resist material include a binder resin, a plurality of dye pigments for obtaining red transmission spectrum, a thermosetting agent, a photosensitive agent, and a solvent. For example, a novolak resin is used as the binder resin, a melamine curing agent, a urea curing agent, or an epoxy curing agent is used as the thermosetting agent, naphthoquinone diazide is used as the photosensitizing agent, and ethyl lactate and dimethylformamide are used as the solvent.
次に、図9(b)に示すように、カラーフィルタ30の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ30上に透明な平坦化膜34を形成する。平坦化膜34としては、例えばアクリル熱硬化樹脂が用いられる。
Next, as shown in FIG. 9B, a
次に、図10(a)に示すように、平坦化膜34上に、感光性を有するマイクロレンズ材35aを形成する。マイクロレンズ材35aとしては、例えばナフトキノンジアジドを感光剤として含むポジ型フォトレジストを用いる。
Next, as shown in FIG. 10A, a
次に、図10(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術によりマイクロレンズ材35aをパターン加工し、膜中の残存感光剤(ナフトキノンジアジド)を紫外線照射により分解し、短波長領域の透過率を向上させるブリーチング処理を行った後、マイクロレンズ材35aの熱軟化点以上の熱を加えて、マイクロレンズ形状を得る。これにより、各画素に対応するオンチップマイクロレンズ35が形成される。
Next, as shown in FIG. 10B, the
以上のようにして、固体撮像装置が完成する。 As described above, the solid-state imaging device is completed.
本実施形態に係るカラーフィルタの製造方法では、まず、レジストパターンを用いたエッチングにより市松状のグリーンカラーフィルタ31を形成し、2色目以降のブルーあるいはレッドカラーフィルタの形成では、感光性を有するカラーフィルタ被膜を露光および現像してパターニングした後、熱リフローにより2色目以降のカラーフィルタのパターンを形成する。
In the color filter manufacturing method according to the present embodiment, first, a checkered
2色目以降のブルーあるいはレッドカラーフィルタの形成において、露光および現像によりグリーンカラーフィルタ31により囲まれる領域の内側にカラーフィルタをパターン形成した後に、リフロー処理を行うことにより、露光のアライメント誤差に影響を受けずに、自己整合的にグリーンカラーフィルタ31により囲まれる領域に2色目以降のカラーフィルタを形成することができる。この結果、2色目以降のブルーカラーフィルタ32およびレッドカラーフィルタ33の位置精度を向上させることができる。
In the formation of blue or red color filters for the second and subsequent colors, a reflow process is performed after the color filter is formed inside the area surrounded by the
画素の微細化に伴い、カラーレジストにおけるフィルタ性能とレジスト性能の両立が困難となってきているが、一色目のグリーンカラーフィルタ31のパターンは、レジストを用いたエッチングにより形成することにより、レジスト性能の影響を受けずに、精度良くグリーンカラーフィルタ31のパターンを形成することができる。したがって、グリーンカラーフィルタ材料には、感光剤を含めなくてもよい。
With the miniaturization of pixels, it has become difficult to achieve both filter performance and resist performance in color resists, but the pattern of the first color
2色目以降のカラーフィルタの形成では、露光および現像後において膜減りなどの形状悪化が発生したとしても、その後のリフロー処理により膜厚を均一にできることから、良好な形状をもつブルーカラーフィルタ32およびレッドカラーフィルタ33を形成することができる。
In the formation of the color filters for the second and subsequent colors, even if shape deterioration such as film reduction occurs after exposure and development, the film thickness can be made uniform by subsequent reflow processing. A
上記のブルーカラーフィルタ32あるいはレッドカラーフィルタ33を形成するためのカラーレジスト材料としては、ポジ型が好ましい。ネガ型を用いた場合には、光が照射された部分が硬化するため、その後の熱処理におけるリフロー性(流動性)が低下するからである。
The color resist material for forming the
また、上記のブルーカラーフィルタ32あるいはレッドカラーフィルタ33を形成するためのカラーレジスト材料としては、顔料分散型よりも染料内添型が好ましい。色素粒子が固体レベルで分散した顔料よりも、分子レベルで分散した染料を用いることにより、画質のざらつき感をなくして、良好な画質を得ることができるからである。また、染料内添型のカラーレジストでは、特にパターニング性の悪化が問題となるため、本実施形態の方法により、このような問題を解決することができる。
The color resist material for forming the
上記のようにカラーフィルタを製造する固体撮像装置の製造方法によれば、画素サイズが縮小しても、精度良くカラーフィルタを形成することができることから、色再現性に優れた固体撮像装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a solid-state imaging device for manufacturing a color filter as described above, a color filter can be formed with high accuracy even when the pixel size is reduced, and thus a solid-state imaging device with excellent color reproducibility is manufactured. can do.
また、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、微細な画素に対応した良好なカラーフィルタを備え、色再現性に優れた固体撮像装置を実現することができる。 Further, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, it is possible to realize a solid-state imaging device that includes a good color filter corresponding to a fine pixel and has excellent color reproducibility.
従来のカラーレジスト法でカラーフィルタを形成した場合には、露光のアライメント誤差を考慮して、グリーンカラーフィルタ、ブルーカラーフィルタ、レッドカラーフィルタの端部を重ねて形成している。 When a color filter is formed by a conventional color resist method, the end portions of the green color filter, the blue color filter, and the red color filter are overlapped in consideration of exposure alignment errors.
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、各カラーフィルタ31,32,33の重なりのないカラーフィルタ30となる。各カラーフィルタ31,32,33間での重なりをなくすことにより、他画素との混色の発生を防止することができる。
On the other hand, in the solid-state imaging device according to this embodiment, the
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本実施形態では、インターライントランスファ方式のCCD固体撮像装置について説明したが、フレームインターライントランスファ方式等の他の転送方式のCCD固体撮像装置であってもよい。また、CCD固体撮像装置に限られず、CMOS固体撮像装置に適用することも可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
In this embodiment, the interline transfer type CCD solid-state image pickup device has been described. However, other transfer type CCD solid-state image pickup devices such as a frame interline transfer type may be used. Further, the present invention is not limited to the CCD solid-state imaging device, and can be applied to a CMOS solid-state imaging device.
また、市松状に配置したグリーンカラーフィルタ31により囲まれた領域内に、どのようにブルーカラーフィルタ32およびレッドカラーフィルタを配置してもよい。また、ブルーカラーフィルタあるいはレッドカラーフィルタ以外のカラーフィルタを用いることも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
Further, the
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…固体撮像装置、2…撮像部、3…水平転送部、4…出力部、4a…電荷−電圧変換部、5…受光部、6…読み出しゲート部、7…垂直転送部、10…基板、11…p型ウェル、12…信号電荷蓄積領域、13…転送チャネル領域、14…読み出しゲート領域、15…チャネルストップ領域、20…ゲート絶縁膜、21…転送電極、22…転送電極、23…絶縁膜、24…遮光膜、25…層間絶縁膜、26…平坦化膜、30…カラーフィルタ、31…グリーンカラーフィルタ、31a…グリーンカラーフィルタ被膜、32,32b…ブルーカラーフィルタ、32a…ブルーカラーフィルタ被膜、33…レッドカラーフィルタ、33a…レッドカラーフィルタ被膜、34…平坦化膜、35…オンチップマイクロレンズ、35a…マイクロレンズ材、36…レジストパターン
DESCRIPTION OF
Claims (7)
エッチングマスクを用いて前記グリーンカラーフィルタ被膜を選択的にエッチングして、市松状のグリーンカラーフィルタを形成する工程と、
前記グリーンカラーフィルタを被覆するように前記基板上に、2色目以降の感光性を有するカラーフィルタ被膜を形成する工程と、
前記カラーフィルタ被膜を露光および現像して、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域よりも内側に、2色目以降のカラーフィルタを形成する工程と、
2色目以降の前記カラーフィルタをリフローさせて、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域内を前記カラーフィルタで埋める工程と
を有するカラーフィルタの製造方法。 Forming a green color filter film on the substrate as the first color;
Selectively etching the green color filter film using an etching mask to form a checkered green color filter;
Forming a color filter film having photosensitivity for the second and subsequent colors on the substrate so as to cover the green color filter;
Exposing and developing the color filter film, and forming a color filter for the second and subsequent colors inside a region surrounded by the green color filter;
Reflowing the color filters for the second and subsequent colors, and filling the area surrounded by the green color filter with the color filter.
請求項1記載のカラーフィルタの製造方法。 The method for producing a color filter according to claim 1, wherein in the step of forming the color filter film for the second and subsequent colors, a dye-incorporated dye-added color filter film is formed.
請求項2記載のカラーフィルタの製造方法。 The method for producing a color filter according to claim 2, wherein in the step of forming the color filter film for the second and subsequent colors, a dye-added positive color filter film is formed.
基板の上層に、一色目としてグリーンカラーフィルタ被膜を形成する工程と、
エッチングマスクを用いて前記グリーンカラーフィルタ被膜を選択的にエッチングして、市松状のグリーンカラーフィルタを形成する工程と、
前記グリーンカラーフィルタを被覆するように前記基板の上層に、2色目以降の感光性を有するカラーフィルタ被膜を形成する工程と、
前記カラーフィルタ被膜を露光および現像して、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域よりも内側に、2色目以降のカラーフィルタを形成する工程と、
2色目以降の前記カラーフィルタをリフローさせて、前記グリーンカラーフィルタで囲まれた領域内を前記カラーフィルタで埋める工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device having a color filter on an upper layer of a substrate on which a light receiving unit is formed for each pixel,
Forming a green color filter film as the first color on the upper layer of the substrate;
Selectively etching the green color filter film using an etching mask to form a checkered green color filter;
Forming a color filter film having photosensitivity for the second and subsequent colors on the upper layer of the substrate so as to cover the green color filter;
Exposing and developing the color filter film, and forming a color filter for the second and subsequent colors inside a region surrounded by the green color filter;
Reflowing the color filters for the second and subsequent colors, and filling the area surrounded by the green color filter with the color filter.
請求項4記載の固体撮像装置の製造方法。 5. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein in the step of forming a color filter film for the second and subsequent colors, a dye-added color filter film having photosensitivity is formed.
請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein in the step of forming the color filter film for the second and subsequent colors, a dye-added positive color filter film is formed.
前記基板の上層に形成され、各画素に対応して配置されたカラーフィルタとを有し、
前記カラーフィルタは、
市松状に配置され、感光剤を含まないグリーンカラーフィルタと、
市松状の前記グリーンカラーフィルタに囲まれた領域に配置され、感光剤を含む2色目以降のカラーフィルタと
を有する固体撮像装置。 A light receiving portion formed on the substrate and constituting each pixel;
A color filter formed on an upper layer of the substrate and disposed corresponding to each pixel;
The color filter is
A green color filter that is arranged in a checkered pattern and does not contain a photosensitizer,
A solid-state imaging device having a second and subsequent color filters including a photosensitizer disposed in a region surrounded by the checkered green color filter.
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